公路隧道在特殊地質(zhì)條件下施工技術(shù)研究

韓俊杰 曹留建

（登封市公路工程處，河南 登封452470）

0 緒論

（1）發(fā)展背景

改革開放三十年來，我國經(jīng)濟(jì)得到了快速地發(fā)展。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，大量的高速公路網(wǎng)近年來被快速的建設(shè)起來。隨著公路技術(shù)的發(fā)展，原有的一些不適宜建設(shè)隧道的地區(qū)逐漸開始進(jìn)行公路建設(shè)。關(guān)于一些偏遠(yuǎn)地區(qū)因?yàn)樯降匾约疤厥獾刭|(zhì)條件逐漸由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展得需要開始逐漸建設(shè)公路網(wǎng)絡(luò)[1]。

（2）隧道支護(hù)研究現(xiàn)狀

新奧法作為近些年來比較流行的隧道支護(hù)方法，被廣泛運(yùn)用在公路隧道建設(shè)中。關(guān)于一些特殊地質(zhì)條件，新奧法的獨(dú)特施工技術(shù)更加有效地保證了施工技術(shù)方面的要求。但是新奧法仍然有自己先天性的缺陷，這些缺陷會(huì)導(dǎo)致隧道施工技術(shù)低下，無法保證隧道施工建設(shè)要求。現(xiàn)有的隧道支護(hù)技術(shù)主要有以下幾個(gè)方面：

1）鋼拱架[2]：近些年來由于我國鋼鐵產(chǎn)量的大幅增加，鋼拱架技術(shù)被大量用于隧道支護(hù)技術(shù)。鋼拱架主要包含了格柵鋼架以及型鋼鋼拱。

2）噴錨技術(shù)[3]；隨著噴層材料以及錨桿材料的快速發(fā)展，噴錨技術(shù)被廣泛運(yùn)用于特殊地質(zhì)條件下的隧道建設(shè)中。自上世紀(jì)九十年代以來，我國常用混凝土噴層與錨桿結(jié)合進(jìn)行支護(hù)。

3）聯(lián)合支護(hù)方法[4]：新奧法在實(shí)際使用中不斷地發(fā)展引申，最終得到了聯(lián)合支護(hù)方法。現(xiàn)在常見的聯(lián)合支護(hù)方法有：長錨桿柔性支護(hù)、錨噴技術(shù)以及錨噴網(wǎng)技術(shù)。

在特殊地質(zhì)條件下的隧道施工技術(shù)上述支護(hù)技術(shù)有著極其嚴(yán)格的要求，對現(xiàn)有的隧道支護(hù)技術(shù)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)對今后隧道施工中的技術(shù)方案選擇有著比較重要的要求。

1 軟弱圍巖條件下的隧道工程特性研究

1.1 軟弱圍巖力學(xué)特性

軟弱圍巖由于其自身較高的泥質(zhì)含量以及巖體的獨(dú)特力學(xué)特性使得軟弱圍巖具有極易產(chǎn)生變形的顯著特點(diǎn)。軟弱圍巖的主要力學(xué)特性有：

（1）崩解性：在水的作用下，軟弱圍巖容易由于水的作用最終導(dǎo)致圍巖結(jié)構(gòu)失效。最終導(dǎo)致軟弱圍巖崩塌。

（2）流變性：一些軟弱圍巖會(huì)因?yàn)榱Φ淖饔秒S著時(shí)間的變化逐漸產(chǎn)生位移，這種性質(zhì)被稱之為流變性。

（3）膨脹性：軟弱圍巖在受到力的作用以及水的作用下會(huì)產(chǎn)生楔劈效應(yīng)，當(dāng)楔劈效應(yīng)大于聯(lián)結(jié)力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的膨脹性變化。

（4）可塑性：由于軟弱圍巖自身性質(zhì)的獨(dú)特性，一旦受力產(chǎn)生變化后的圍巖會(huì)由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致變形無法恢復(fù)。

1.2 噴射混凝土技術(shù)的應(yīng)用研究

噴射混凝土是一種較為先進(jìn)的隧道圍巖支護(hù)方法。噴射混凝土主要是運(yùn)用混凝土噴射機(jī)將混凝土高速的噴射在圍巖表面。噴射混凝土可以迅速的形成強(qiáng)度，對圍巖快速地形成強(qiáng)度。隨著技術(shù)的快速發(fā)展噴射混凝土技術(shù)逐漸形成了以下幾個(gè)方面：

（1）濕噴：為了保證噴射混凝土?xí)r，混凝土揚(yáng)塵現(xiàn)象嚴(yán)重，在噴射混凝土?xí)r加入一定比例的水，保證空氣質(zhì)量的方法稱之為濕噴。這種方法技能保證施工技術(shù)要求，也可以保證工人身體健康。

（2）潮噴與干噴：干噴是將混合料以高速噴射在軟弱圍巖上，以形成強(qiáng)度保證圍巖的穩(wěn)定性，潮噴是在噴射混合料前將混合料中拌制一定比例的水，降低噴射混合料時(shí)的揚(yáng)塵。

（3）混合噴射：混合噴射是將兩種噴射方式混合使用的一種施工技術(shù)，這種施工技術(shù)主要的施工要點(diǎn)以及施工設(shè)備與上述兩種施工技術(shù)基本相同。

1.3 錨桿技術(shù)研究應(yīng)用

作為圍護(hù)軟弱圍巖的一種重要施工方法，錨桿技術(shù)主要有以下幾點(diǎn)力學(xué)特性：

（1）支撐圍巖：通過錨桿與圍巖之間的摩擦力，對軟弱圍巖產(chǎn)生一定的壓力，有效地阻止圍巖強(qiáng)度的繼續(xù)惡化。

（2）加固圍巖：錨桿及其注漿可以將軟弱圍巖中的破裂面以及節(jié)理裂紋粘結(jié)在一起，從而增強(qiáng)圍巖的力學(xué)參數(shù)。

（3）吊懸作用以及增強(qiáng)摩阻力：吊懸作用是將軟弱的易掉落的圍巖與穩(wěn)定的圍巖結(jié)合在一起形成較為穩(wěn)定的整體。增強(qiáng)摩阻力則可以提高軟弱圍巖的整體性。

2 特殊地質(zhì)條件下的隧道監(jiān)測技術(shù)的研究

2.1 監(jiān)控量測的目的

為了保證軟弱圍巖條件下隧道的施工技術(shù)要求，一定要在施工過程中時(shí)刻保證監(jiān)控量測。通過監(jiān)控量測圍巖在各個(gè)時(shí)刻的數(shù)據(jù)，可以判斷軟弱圍巖在施工過程中的支護(hù)狀況變化以及圍巖穩(wěn)定性狀態(tài)。圍巖監(jiān)測的主要方面有：

（1）選測項(xiàng)目：常見施工中的一些檢測項(xiàng)目為選測項(xiàng)目，具體有地表下沉、圍巖壓力以及鋼支撐內(nèi)力等方面。

（2）必測項(xiàng)目：對于一些量測項(xiàng)目必須進(jìn)行時(shí)刻檢測測量。例如拱頂下沉、周邊位移、錨桿以及錨索內(nèi)力等項(xiàng)目。

2.2 特殊地質(zhì)條件下監(jiān)測結(jié)果研究

通過對在軟弱圍巖條件下的公路隧道中的實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，富水千枚巖層條件施工時(shí)應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）在富水千枚巖層中進(jìn)行公路隧道施工時(shí)，檢測測量數(shù)據(jù)中周邊收斂數(shù)據(jù)較小，要小于拱頂下沉數(shù)據(jù)。經(jīng)過理論分析后，認(rèn)為實(shí)際數(shù)據(jù)應(yīng)該會(huì)大于測量數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)偏小主要是由于施工工序影響了量測準(zhǔn)確性。

（2）鋼架內(nèi)側(cè)壓應(yīng)力經(jīng)常大于拉應(yīng)力，鋼架的受力較為安全且拱腳處盈利水平比較高。主要原因是由于產(chǎn)生了應(yīng)力集中的現(xiàn)象。

（3）在富水千枚巖層地質(zhì)條件下的公路隧道建設(shè)中，錨桿在控制圍巖變形方面效果較差，不能有效的提高圍巖的穩(wěn)定性。

（4）對在富水千枚巖層條件下建設(shè)的公路隧道而言，二次襯砌所受到的應(yīng)力較小。一般情況下二次襯砌所受到的應(yīng)力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度。所以按照一般施工要求進(jìn)行施工只要可以保證設(shè)計(jì)強(qiáng)度，二次襯砌一般不會(huì)產(chǎn)生破壞，且穩(wěn)定性較好。

3 結(jié)論

經(jīng)過對現(xiàn)有的公路隧道施工技術(shù)以及現(xiàn)有的公路隧道施工監(jiān)測量測技術(shù)的理論分析，本文得到了現(xiàn)有的公路隧道施工技術(shù)的各個(gè)優(yōu)點(diǎn)以及缺點(diǎn)。結(jié)合具體施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，得到了以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）富水千枚巖層地區(qū)公路隧道建設(shè)中，隧道位移變形較大。主要原因是由于富水千枚巖層容易遇水軟化。具體施工過程中應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增大變形預(yù)留量。

（2）通過對錨桿技術(shù)的理論分析以及實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，錨桿對富水千枚巖層條件下的公路隧道工程效果不大，現(xiàn)場施工過程中應(yīng)當(dāng)加長錨桿以滿足施工要求。

［1］楊連云.對高等級(jí)公路路線設(shè)計(jì)中若干問題的探討[J].林業(yè)科技情報(bào)，2001(5).

［2］李文明.軟弱圍巖隧道穩(wěn)定性及初期支護(hù)合理性研究[D].重慶：重慶大學(xué),2010.

［3］Oteo CS.Urban tunnels inhard soils[J].Geotechnical Engineering of Hard Soils／Soft Rocks，1993,3.

［4］徐干成，等.地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)[M].北京：中國水利水電出版社,2002.

［5］Muir Wood，AM.The Circular Tunnel in Elastic Ground[J].Géotechnique,1976,25.